Интеллектуализация программных средств описа­ния и спецификации телекоммуникационных сис­тем и процессов их функционирования




Скачать 118.06 Kb.
НазваниеИнтеллектуализация программных средств описа­ния и спецификации телекоммуникационных сис­тем и процессов их функционирования
Дата публикации25.04.2013
Размер118.06 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Информатика > Документы

Інструментальні засоби та середовища програмування

УДК 681.324
Ластовченко М.М., Макаренко Н.Н., Марущак В.И.
Интеллектуализация программных средств описа­ния и спецификации телекоммуникационных сис­тем и процессов их функционирования
Рассмотрена методология модификации языка описаний и спецификации благодаря введению регла­ментированных временных диаграмм и аппарата количественного анализа. Приведен пример предло­женных средств.

Введение


В процессах интеллектуализации информационно-коммуникационных техно­логий в области построения и развития гло­бальных сетей связи (ГСС) [1] на первое ме­сто вышла проблема создания информаци­онно-технологических систем (ИТС) проек­тирования и консалтинга аппаратно-про­граммных средств (АПС) [2, 3]. Сущест­вующие программные средства проектиро­вания (ПСП) используют языки описаний и спецификаций (ЯОС) SDL-2000 [4] и MSC [5], которые существенно поповышают уро­вень автоматизации процессов проектиро­вания алгоритмов АПС для систем теле­коммуникаций. Однако они не обеспечи­вают корректной спецификации требова­ний, предъявляемых к алгоритмам АПС. Отсутствует количественный анализ требо­ваний к предполагаемой эффективности АПС, что значительно увеличивает объем экспериментальных исследований и испы­таний [2].

Первые работы в области интеллек­туализации инструментальных ПСП (в ча­стности, описания и спецификации требо­ваний) были связаны с проектированием и разработкой алгоритмов вычислительных систем [6]. Аналогичные работы проводи­лись и для систем телекоммуникаций [7]. Однако и в настоящее время все еще отсут­ствуют ПСП, интеллект которых обеспечи­вал бы необходимый уровень автоматиза­ции проектирования [8].

Недостатками даже наиболее пер­спективных ПСП (например, Telelogic и Cinderella [2]) для ИТС на сегодня явля­ются:

1) при обосновании требований к ал­горитмам АПС, как выше указывалось, от­сутствует количественный анализ эффек­тивности их реализации;

2) необходимость использования ряда плохо взаимодействующих (точнее плохо инкапсулируемых) языков описаний и спецификаций, графические и линейные формы которых не позволяют инженеру воспроизводить процессы, в основе которых лежат проектируемые алгоритмы;

3) отсутствуют ПСП для интеграль­ной системы описаний и спецификаций, ох­ватывающей весь спектр алгоритмов АПС телекоммуникаций в рамках как архитек­туры эталонной модели (ЭМ) взаимодейст­вия открытых систем (ВОС), так и архитек­тур систем спецификации (SDL, MSC).

В статье предлагается вариант рас­ширения последней версии языка специфи­каций SDL-2000 [9], который предусматри­вает более корректную спецификацию тре­бований благодаря введению в него средств компактной визуализации и количествен­ного анализа (модулей моделирования про­цессов функционирования) эффективности алгоритмов. Совершенствование SDL-2000 иллюстрируется на примере систем каналь­ного (базового) уровня ЭМ ВОС [10].

В архитектуре языка SDL в верхних уровнях описания и спецификации (воспро­изведение поведения системы в виде взаи­модействующих блоков и подблоков) отсут­ствует регламентация их взаимодействия, что требует дополнительного описания процесса поведения на языке MSC. Вместе с тем в отличие от SDL и MSC в диаграммах последовательности UML выделяются и объекты классов и временные параметры их взаимодействия, что позволяет более кор­ректно формулировать требования [11].

Таким образом, возникшую про­блему интеллектуализации графических форм двух языков (SDL GR и MSC) можно решить, используя UML с определенной его модификацией. Поскольку инженеру для проектирования необходимо иметь не только достаточно корректное (точное) гра­фическое описание системы, где указыва­ются блоки (подблоки) и направления свя­зей их взаимодействия, но и временной оцифрованный порядок (режим) их взаимо­действия, постольку в UML необходимо ввести оцифровку. После такой модифика­ции UML вводится в состав существующих систем спецификаций на верхние уровни ее архитектуры (система, блоки, подблоки, процессы) [2]. Таким образом на этой ос­нове создается новый язык описаний, моде­лирования и спецификаций (SMDL). В его программную среду вводятся новые модули визуализации систем и моделирования про­цессов функционирования АПС телекомму­никаций.
1. Формализация процесса по кад­ровой передачи данных

На процесс передачи информации на канальном уровне ЭМ ВОС телекоммуни­каций влияют два взаимозависимых фак­тора: случайные сбои и отказы каналов связи (КС), а также текущая коррекция главного параметра протокола (длины кадра L), обеспечивающего непрерывную и без­ошибочную передачу в этих условиях. В ка­честве характеристик, оценивающих эти факторы, выбираются: средняя наработка на сбой (отказ) и задаваемая длина передавае­мых кадров [6, 8]. При проектировании ал­горитмов протоколов в рамках технологии Frame Relay [12] можно использовать ана­литические модели (АМ) (первичные рас­четы параметров) [8, 10] и имитационные модели (статистические испытания), кото­рые позволяют провести коррекцию АМ для повышения точности анализа [13].

В настоящее время при изменении интенсивности потока сбоев существующие локальные интерфейсы управления (ЛИУ, LMI) [12] не корректируют параметры про­токола. Поэтому оператору приходится вручную менять длину кадров L, уменьшая количество повторов передаваемых кадров . Однако для коррекции этих параметров необходима достаточно высокая квалифи­кация сетевого администратора, что не все­гда обеспечивается. Для того чтобы отка­заться от ручной коррекции параметров, в стек протокола необходимо ввести средства автоматической текущей коррекции L, ис­пользуя данные мониторинга интенсивно­сти сбоев (фактически повторов) реализо­вать коррекцию L.

Для автоматической адаптивной кор­рекции параметров можно предложить два способа:

1) провести моделирование и хра­нить относительно большой объем данных о тех или иных ситуациях в поведении кана­лов передачи и по совпадающим реальным ситуациям корректировать параметры;

2) ввести в алгоритмы протоколов средства автоматической адаптивной кор­рекции параметров протоколов.

Первый способ позволяет при проек­тировании и тестировании каналов получать таблицы состояний работоспособности и назначать по ним оптимальные параметры протокола. Он прост, но требует анализа всех возможных ситуаций и большой базы данных (большой объем памяти для хране­ния и соответственно большое время обра­ботки).

Второй способ сложнее, так как не­обходимо реализовать в алгоритме прото­кола модель анализа ситуаций передачи в реальном масштабе времени.

Рассматриваем второй, хотя и более сложный, подход, использующий аналити­ческую модель анализа для коррекции ос­новного параметра протокола – длины ка­дра L.

Для разработки аналитической мо­дели необходима формализация процесса передачи кадров с учетом следующих ха­рактеристик протокола: скорости передачи данных допустимого количества повто­ров кадров , зависящих от сред­него времени наработки на сбой (отказ)

.

На рис. 1 приведены временные диа­граммы, которые отображают два режима передачи кадров:

1) нормальная передача (рис. 1,а);

2) передача с повтором кадра, кото­рый был принят с ошибкой (рис. 1,б).

Временными параметрами процесса передачи здесь являются: время передачи: и среднее время нара­ботки на сбой .
2. Анализ особенностей использования существующих программных средств описания и спецификаций

Рассмотрим существующие ПСП, ба­зирующиеся на известных языках описаний SDL (SDL GR, SDL PR) и MSC [4, 5]. На рис. 2 отображены диаграммы системы пе­редачи (канала связи) (рис. 2,а) и блока по­лучения кадров (приемника) (рис. 2,б). Опи­сание систем в виде блоков передачи и приема и связей их взаимодействия выпол­нено в рамках стандарта SDL-2000 [4].

Как следует из рис. 2, временная по­следовательность взаимодействия блоков отсутствует (нет воспроизведения динамики процесса во времени). В предыдущей вер­сии языка SDL (SDL-92) были добавлены объектно-ориентированные элементы, что позволило воспроизводить параллельные процессы. Однако и здесь для необходимой точности описания требовалось дополни­тельно использовать диаграммы на языке MSC [5]. В версии SDL-2000 введено опи­сание сценариев (исключительных ситуаций процесса передачи), что позволило конкре­тизировать взаимодействие, уменьшив за­висимость от MSC.

Диаграммы MSC описывают дина­мику процессов функционирования сис­темы, что позволяет установить режимы временных последовательностей взаимо­действия блоков системы (рис. 3).

Язык позволяет использовать тай­меры в описательной части. Однако и язык MSC не имеет средств количественного оценивания режимов временного взаимо­действия. Временная диаграмма описывает процесс передачи кадра по каналу (передат­чик-приемник) по протоколу Frame Relay в соответствии с диаграммами, приведен­ными на рис. 1. Здесь используются тай­меры, которые воспроизводят режим кон­троля времени получения кадров (АСК) в пределах допустимого времени ожидания. Однако задача корректного описания дина­мики процесса (последовательности взаи­модействия во времени) здесь не решена.




3. Анализ предлагаемых программ­ных средств визуализации системного уровня описания и спецификации

Наиболее рациональным программ­ным средством может быть язык UML, ко­торый является унифицированным и может описывать как разные типы классов процес­сов, тик и их динамику. Однако и он не по­зволяет решать поставленные выше задачи. Его основными недостатками являются:

  • отсутствие линейной формы для реализации кода;

  • отсутствие оцифрованной раз­метки временных диаграмм.

На рис. 4 переставлена диаграмма временной последовательности режима пе­редачи кадров. Описываются основные ва­рианты (сценарии) поведения системы в со­ответствии с исходными данными (рис. 1).

В отличие от известных MSC-диа­грамм в модифицированной UML диа­грамме вводится промежуточный блок (ка­нал сети), который позволяет воспроизвести реальный процесс передачи с учетом сбоев в канале связи. Если бы моменты окончания передачи и сбоев были оцифрованы, то этого хватило бы для задания исходных данных для моделирования, обеспечиваю­щего и количественный анализ для выбора оптимальной длины кадра как главного па­раметра протокола управления передачей.
4. Аналитическая модель количест­венного анализа

Инженеру, проектирующему алго­ритмы АПС передачи (физический и ка­нальный уровни ЭМ ВОС), необходимо при анализе описываемых систем и процессов их функционирования задавать исходные данные для моделирования различных ва­риантов функциональных структур систем и, главное, алгоритмов протоколов управле­ния процессами передачи. Поэтому пре­имуществом языка UML является возмож­ность его расширения с последующей де­композицией процесса, что обеспечивает переход от разработки системы к разработке блоков (декомпозиция мета-алгоритма к ал­горитмам, реализуемым процедурами SDL).

В предположении экспоненциальных законов распределения случайных величин – моментов появления сбоев для устано­вившегося стационарного процесса пере­дачи – можно записать формулу, опреде­ляющую составляющие времени, которые связаны с поддержанием непрерывной без­ошибочной передачи пакета кадров:

, (1)

где – полный интервал времени пере­дачи пакета из n кадров; – время пере­дачи кадра; – случайное время повто­ров передачи кадра за период ( – ин­тенсивность сбоев, требующая повтора). Кроме того, , где V – скорость пере­дачи.

Исходя из требований поддержания своевременной передачи пакета кадров (с учетом интенсивности сбоев ) пакет разбивается на одинаковые части (кадры).

Тогда случайное время передачи на­бора кадров (пакета) можно оценить, ис­пользуя распределение Эрланга. Представ­ляя процесс передачи кадров цепочкой экс­поненциальных фаз (с параметром для каждой фазы), а количество фаз равным передаваемым кадрам – n с параметром рас­пределения Эрланга k=n, получим плот­ность распределения случайного времени передачи пакета [14]:

, где . (2)

И, соответственно, вероятность свое­временной передачи пакета будет оцениваться выражением

. (3)

На рис. 5 приведены графики зави­симости от интенсивности сбоев и заданной своевременности безошибочной передачи ().

Как следует из данных графика, при большой интенсивности сбоев (=0,04) разбиение пакета на кадры (n=4) не позво­ляет обеспечить безошибочную и своевре­менную передачу (для при =0.11 необходим ремонт канала, обеспечивающий 0,02).
5. Пример расширения языка опи­саний и спецификаций

На рис. 6 приведена новая (относи­тельно рис. 2,б) диаграмма блока прием­ника, где введен подблок выдачи дополни­тельных сигналов коррекции для передат­чика (сигналов изменения длины кадров).

Раскрытие сущности подблока (мо­дуль реализации аналитической модели анализа с формированием нового значения длины кадра) предполагается представить в процедурах SMDL в последующих публи­кациях.

Выводы


Рассмотрена методология введения более полных и корректных диаграмм про­цесса (рис. 4) с количественным анализом в процесс спецификации (рис. 5, 6), что по­зволяет сделать следующие выводы.

1. Существующий системный уро­вень SDL-2000 даже с использованием языка MSC не позволяет описать анализи­руемую систему (коммуникационный тракт) и процесс передачи с необходимой для про­ектирования алгоритмов точностью.

2. Введение первичной (без оциф­ровки) модификации языка UML позволя­ет более корректно описывать систему и процесс ее функционирования, раскрывая все особенности описываемых процессов (рис. 4).

3. Необходима дальнейшая модифи­кация языка UML (оцифровка временных режимов), которая обеспечит формирование новых интеллектуальных (с учетом функ­ционирования и моделирования) SMDL-диаграмм.

Анализ результатов позволяет сде­лать следующие выводы:

1) для полной автоматизации про­цесса проектирования алгоритмов АПС с необходимыми уровнями визуализации и интеллекта в последующих модификации UML, которые расширяют SDL, необхо­димо одновременно с введением оцифровки анализируемых параметров (моде­лирование и анализ) ввести средства перехода к процедурам SDL;

2) для эффективного проектирования алгоритмов на верхних уровнях описания и спецификации (система – процессы) необ­ходимы не только программные средства визуализации, но и интеллектуализация процесса разработки алгоритмов: визуали­зация задаваемых режимов передачи (рис. 4) с моделированием и визуализацией ре­зультатов анализа (рис. 5) выбираемых (оп­тимальных) параметров протокола (рис. 2).

В предлагаемой статье выполнен первый этап создания языка описаний, мо­делирования и спецификаций – SMDL.

  1. ^ Research Networking in Europe. Striving for Global Leadership.http://archive.dante.net/pubs/ECbrochure.html.

  2. Ластовченко М.М., Биляк В.И. Проблемы создания инструментально-технологических систем проекти­рования АПС интеллектуальных сетей // Проблемы программирования. – 2004. – №2/3. – С. 497-504.

  3. Research Networking. The GEANT Network.www.cordis.org.

  4. ITU-T, Rec. Z.100 Specification and Description Lan­guage (SDL). – www.sdl-forum.org.

  5. ITU-T. Rec. Z.120 Message Sequence Charts (MSC). – www.sdl-forum.org.

  6. Система визуализации и обработки знаний как средство организации вычислений на ЭВМ / В.И. Бычков, О.Г. Диваков, В.А. Кузьмин, А.В. Орлов // Интел­лектуализация программных средств – Новосибирск: Наука, 1990. – С. 6-15.

  7. Ионин Т.Л., Седол Я.Я. Статистическое моделирова­ние систем телетрафика. – М.: Радио и связь, 1982. – 182 с.

  8. Ластовченко М.М., Губенко А.Е., Черноусов В.А. Интегральная система проектирования программ­ного обеспечения коммуникационных средств связи. – Киев: Знание, 1990. – 32 с.

  9. Reed R. SDL-2000 for New Millennium Systems. // Telektronikk. – 2000. – №4. – Р. 20-35.

  10. Ластовченко М.М., Ярошенко В.Н., Биляк В.И. Математические аспекты проектирования интеллек­туальных коммуникационных систем передачи ММТ // Математические машины и системы. – 2001. – №6. – С. 56-69.

  11. Бьюкандер М. Графическое программирование с использованием UML и SDL // Открытые системы. – 2001. – №1. – С. 48-51.

  12. Smith P. Frame Relay. – New York: Addison Wesley, 1996. – 268 p.

  13. Ионин Т.Л., Седол М.Я., Супе В.В., Язык модели­рования ПАЛМ. – Рига: ПГУ им. П. Стучки, 1982. – 107 с.

  14. Кениг Д., Штоян Д. Методы теории массового обслуживания. – М.: Радио и связь, 1981. – 128 с.



Получено 20.09.05

^

Об авторах


Ластовченко Михаил Михайлович

канд. техн. наук

старший научный сотрудник

Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН Украины,

просп. Академика Глушкова, 40

г. Киев, 03680, Украина

Тел.: (044) 440 4343 (вечером)
Макаренко Николай Николаевич

аспирант

Институт программных систем НАН Украины,

просп. Академика Глушкова, 40

г. Киев, 03680, Украина

Тел.: 8 067 501 7396



Марущак Владимир Иванович

аспирант

Национальный авиационный университет МОН Украины

03058, Украина, просп. Комарова, 1,

Тел.: 8 050 381 4188





© М.М. Ластовченко, Н.Н. Макаренко, В.И. Марущак, 2006

ISSN 1727-4907. Проблеми програмування. 2006. № 1

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Интеллектуализация программных средств описа­ния и спецификации телекоммуникационных сис­тем и процессов их функционирования iconРазработка программных средств для моделирования систем сложных технологических процессов

Интеллектуализация программных средств описа­ния и спецификации телекоммуникационных сис­тем и процессов их функционирования iconРазработка и ислледование программных средств реализации моделирования физических процессов
Технологический институт Восточноукраинского национального университета им. В. Даля (г. Северодонецк)

Интеллектуализация программных средств описа­ния и спецификации телекоммуникационных сис­тем и процессов их функционирования icon3. Контрольные вопросы Список литературы
Стандартизация методов спецификации и описания современных телекоммуникационных архитектур

Интеллектуализация программных средств описа­ния и спецификации телекоммуникационных сис­тем и процессов их функционирования iconИнтеллектуализация производства – путь к эффективности
Электронные технологии полностью меняют современный мир. Интеллектуализация производства сегодня – неотъемлемый атрибут движения...

Интеллектуализация программных средств описа­ния и спецификации телекоммуникационных сис­тем и процессов их функционирования iconИнститут программных систем нан украины 03187, Киев-187, проспект Глушкова, 40
Экспертиза процессов жизненного цикла программных систем: особенности организации и проведения

Интеллектуализация программных средств описа­ния и спецификации телекоммуникационных сис­тем и процессов их функционирования iconПроблемы создания инструментально-технологических систем проектирования...
Институт программных систем нан украины, пр. Глушкова,40, т. 4586534, e-mail

Интеллектуализация программных средств описа­ния и спецификации телекоммуникационных сис­тем и процессов их функционирования iconКонспект лекций по дисциплине:«Теория тестирования аппаратных и программных...
Краткий конспект лекций по теория тестирования аппаратных и программных средств

Интеллектуализация программных средств описа­ния и спецификации телекоммуникационных сис­тем и процессов их функционирования iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Ситуация осложняется тем, что проблему инвестирования хозяйственных комплексов приходится решать в условиях экономического кризиса,...

Интеллектуализация программных средств описа­ния и спецификации телекоммуникационных сис­тем и процессов их функционирования iconГарантия спецификации
Товар, проданный по настоящему Контракту должен соответствовать следующей спецификации

Интеллектуализация программных средств описа­ния и спецификации телекоммуникационных сис­тем и процессов их функционирования iconИнститут программных систем нан украины 03187, Киев, проспект Академика Глушкова, 40
Распараллеливание алгоритмов функционирования классификатора со случайными подпространствами

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<